AI技術助力全球抗疫 智峪生科公布猴痘病毒全基因組蛋白質結構預測結果

新冠肺炎疫情還未散去，猴痘又拉響“警報”。

當地時間5月29日，世界衛生組織(WHO)發布疾病信息通報，將猴痘的全球公共衛生風險評估為中等。世衛組織在通報中稱，5月13日至26日期間，已有23個非猴痘流行國家和地區向世衛組織上報了257例猴痘確診病例，還有約120例疑似病例。

面對潛在的疫情風險，一批生物醫藥相關機構已經開始行動起來。

近日，生物計算平臺型公司智峪生科就宣布，已發布了600多個猴痘蛋白質組的蛋白質結構預測，并進行了相關的蛋白質功能注釋。相關預測結果均通過公司自主研發的全棧式蛋白計算在線平臺——峪云ZCloud實現，有望幫助世界各地的科學家開展基于蛋白質結構的猴痘病毒疫苗和藥物設計工作。

“我們希望通過我們的工作加快猴痘疫苗和藥物研發的進展。后續隨著研究工作的推進，我們將不斷更新和公布最新研究成果。”智峪生科CEO王晟博士表示。

火速預測“600+”猴痘蛋白質結構

公開信息顯示，猴痘是一種罕見的病毒性人畜共患病(從動物傳播給人的病毒)，病人臨床癥狀與天花病人身上所觀察到的癥狀類似，但臨床嚴重程度較輕。隨著在1980年消滅了天花和隨后停止接種天花疫苗，猴痘成為最嚴重的痘病毒。

而在此次的猴痘相關蛋白質結構預測過程中，智峪生科選用了2022年5月猴痘流行菌株的基因組全序列（ID:ON563414.2）（參考文獻1），2018年西非（WA）病毒株（猴痘病毒分離物MPXV-UK\U P3，ID:MT903345.1）的整個蛋白質組（參考文獻2），以及1996年剛果盆地（CB）病毒株（猴痘病毒株扎伊爾-96-I-16，ID: NC_003310）的整個蛋白質組（參考文獻3）。

在搭載了AlphaFold2-Batch算法的峪云ZCloud的幫助下，智峪生科快速實現了對上述毒株全部蛋白質的結構預測，合計產生了600多個預測結果。據悉，AlphaFold2-Batch是智峪生科在AlphaFold2基礎上構建的嶄新算法，相比原有算法實現了近2個數量級的異構加速，也由此實現了猴痘病毒相關蛋白質結構的快速預測。

另外，對于每個蛋白質的三維結構，智峪生科還均使用了團隊主導研發的PointSite算法，進行了高精度的小分子結合區域預測標注。此次公布的預測結果中，就包含了2018年西非菌株與1996年剛果盆地菌株的蛋白質組的功能注釋和分析。

目前，智峪生科已選擇將所有預測信息和功能預測結果公開，全球科學家均可在該公司官網獲取相關信息(https://www.zelixir.com/Monkeypox/index.html)。

在過去的1周，智峪生科積極探索并建立猴痘病毒預測模型，對猴痘病毒流行進行精準預測，并且根據猴痘的最新情況，更新猴痘預測模型，不斷優化全球猴痘預測系統。

在業內人士看來，雖然僅是基于AI計算預測出的蛋白質近似結構，但在猴痘病毒全球蔓延的背景下，這些蛋白質結構均可能包含新藥或治療藥物的有效位點，對后續藥物及疫苗研發具有十分重要的指導意義，能夠為遏制猴痘病毒作出切實貢獻。

以AI計算掀起生物科技革命

實際上，針對蛋白質結構的預測與設計正是智峪生科的“看家本領”之一。

公開信息顯示，智峪生科成立于2021年4月，專注蛋白結構預測和設計技術并應用于靶點發現、藥物設計、酶工程、生物合成催化等領域，提供藥物研發輔助與合成生物學產品研發生產服務。

目前，智峪生科已自主打造了完整的蛋白質結構預測、設計、生產體系。具體而言，公司打造了蛋白質結構預測及研發輔助設施峪云ZCloud；搭建蛋白結構計算一站式工程化解決方案智山ZPod；建設高通量自動化濕實驗平臺智匯ZBot，顯著提升藥物研發成功率，形成一個集基礎設施、蛋白設計服務、合成生物品三位一體的全產業鏈高新科技企業。并據此在成立不到一年的時間內，連續獲得了由鼎暉投資和朗煜投資領投的天使輪和高瓴創投領投的PreA輪融資。

其中，在藥物研發領域，智峪生科基于大數據與AI的蛋白結構預測以及蛋白-配體結合能計算與優化，可以顯著提升藥物發現階段的效率。目前，公司就已為近30家客戶完成30W+個蛋白質結構預測及研發輔助服務。

未來智峪生科云計算服務平臺還將加入全自動高通量虛擬篩選、基于結構的小分子生成、全自動高性能自由能微擾、小分子屬性預測等藥物研發新服務。

“每一個模塊都是生物科技研究過程中的一個特定步驟，我們希望通過自研的服務平臺將每一個步驟串聯起來，幫助生物醫藥企業一鍵完成新藥研發前的蛋白質相關研究工作。后續藥企只用參照計算結果，即可順暢完成藥物發現的工作。”王晟博士表示。

在繼續為廣大生物醫藥企業提供新藥研發過程中的蛋白質預測與設計服務，夯實計算領域CRO公司基礎的同時，智峪生科也將基于已有的技術優勢開拓合成生物學業務。

據透露，通過純AI計算和設計方法，智峪生科可以在短時間內將醫藥中間體的酶從天然底物出發進行了改造和設計。數據顯示，改造后的酶催化活性大約提高了5-7倍，熱穩定性也提高了近30度。同時，還可以對酶的催化口袋進行嫁接和改造，創造出一種此前不存在的通路，通過純生物法開發出產品。“這是一套非常通用的技術，基本上可用于所有的酶和蛋白質，而且相對傳統方法更精準，速度更快，成本更低。”

“我們希望通過計算理解生命、通過合成改進生命、通過設計重構生命，成為世界領先的合成生物學技術及產品提供商，為生物科技帶來一場看得見的革命。”王晟博士表示。

參考資料：

[1]https://virological.org/t/first-draft-genome-sequence-of-monkeypox-virus-associated-with-the-suspected-multi-country-outbreak-may-2022-confirmed-case-in-portugal/799

[2] http://exon.gatech.edu/genemark/genemarks.cgi

[3]https://www.uniprot.org/uniprot/?query=monkeypox%20virus&fil=organism%3A%22Monkeypox+virus+%28strain+Zaire-96-I-16%29+%28MPX%29+%5B619591%5D%22&sort=score

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